李元興

我國(guó)沖壓自動(dòng)化機(jī)器人的發(fā)展及其在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

李元興

李元興，曾在甘肅電氣工業(yè)公司、美的微波爐、格蘭仕工作22年，歷任美的微波爐配件工廠廠長(zhǎng)、模具公司總經(jīng)理，格蘭仕集團(tuán)模具部副部長(zhǎng)，2012年創(chuàng)辦佛山市鼎峰機(jī)器人有限公司，2014年創(chuàng)辦廣東捷瞬機(jī)器人有限公司。

沖壓在制造業(yè)中占比很大，汽車(chē)75%的零部件是五金，家電60%是五金，另外，3C（計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)電子）行業(yè)中沖壓所占比例也很大。我國(guó)2000年之前，沖壓都是手工生產(chǎn)，模具技術(shù)落后，只有5%-10%采用連續(xù)模自動(dòng)化生產(chǎn)方式（以卷料或條料的形式，將原單工序模具復(fù)合在同一料帶，用大噸位沖壓設(shè)備生產(chǎn)，效率、品質(zhì)、穩(wěn)定性和安全等方面已經(jīng)前進(jìn)了一大步），但受到零件形狀、材料利用率、模具成本諸多因素的影響，適合于連續(xù)模生產(chǎn)的零件并不多，見(jiàn)圖1。

圖1　連續(xù)模生產(chǎn)方式

我從2003年加入美的微波爐，當(dāng)時(shí)美的微波爐正處于起步階段的關(guān)鍵時(shí)候，我親自主導(dǎo)了將轉(zhuǎn)盤(pán)電機(jī)支架（一出四）、波導(dǎo)管（一出三）、磁控管支架（一出二）、腔體零件“四大件”由原來(lái)的三、四工程模，發(fā)展到當(dāng)時(shí)的一臺(tái)機(jī)一付模生產(chǎn)，且生產(chǎn)效率由原來(lái)的14次/分，提高到28次/分，且大大降低了人為品質(zhì)不穩(wěn)定的隱患。真正做到了一邊送進(jìn)卷料，另外一邊出微波爐成品。

1　沖壓生產(chǎn)方式發(fā)展

在2000年以后，隨著產(chǎn)品產(chǎn)量的增多，尤其家電行業(yè)，一副模具裝上去一兩個(gè)月不下來(lái)，而量大就能上自動(dòng)化項(xiàng)目了，因此，企業(yè)就開(kāi)始引進(jìn)日本先進(jìn)生產(chǎn)方式——連桿式?jīng)_壓生產(chǎn)方式（見(jiàn)圖2）及二、三次元送料生產(chǎn)方式（見(jiàn)圖3）。

圖2　連桿式?jīng)_壓生產(chǎn)方式

1998年，國(guó)內(nèi)一些沖壓廠開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外連桿線；1999年美的風(fēng)扇廠引進(jìn)了日本Adia第一條連桿生產(chǎn)線；2001年格蘭仕引進(jìn)韓國(guó)4條連桿生產(chǎn)線；后期國(guó)內(nèi)企業(yè)更多地采購(gòu)臺(tái)灣連桿生產(chǎn)線。隨著采購(gòu)量增多，中國(guó)臺(tái)灣、日本相關(guān)企業(yè)在我國(guó)陸續(xù)設(shè)立了工廠。

進(jìn)口關(guān)節(jié)機(jī)器人之所以沒(méi)有大面積運(yùn)用在沖壓行業(yè)，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)成本高（30-50萬(wàn)/臺(tái)），且生產(chǎn)效率低（比人工降低了一半），沒(méi)人操作（開(kāi)機(jī)人員需到國(guó)外培訓(xùn)），投入回報(bào)太長(zhǎng)等。但一些大件生產(chǎn)，因用人太多，且不安全，人工生產(chǎn)效率也不高，因此也有所采用，但是很少，像汽車(chē)覆蓋件等。

圖3　二、三次元生產(chǎn)方式

隨著人工成本越來(lái)越高，工資從2000年1500元/月到2006年2500元/月，現(xiàn)在4000元/月，且隨著產(chǎn)品零件量日益增大和復(fù)雜，沖壓行業(yè)迫切需要一種更加柔性的自動(dòng)化生產(chǎn)方式。

原鼎峰的合伙人——擺臂機(jī)器人的發(fā)明人付國(guó)榮及其團(tuán)隊(duì)，從沖壓工藝、沖壓設(shè)備入手，研發(fā)出專(zhuān)供沖壓行業(yè)使用的擺臂機(jī)器人。該機(jī)器人適應(yīng)度很廣，柔性很強(qiáng)，無(wú)論是油壓、齒輪沖床或氣動(dòng)沖床，且無(wú)論噸位大小、機(jī)臺(tái)高低，無(wú)論工序多少，都可隨意連接、自由組合。此外，擺臂式機(jī)器人成本低、效率高，徹底杜絕了安全事故，無(wú)論新舊模具，只要花很低的成本，改變定位方式和導(dǎo)柱，就可以使用，不像連桿線及二、三次元需新買(mǎi)沖床、新開(kāi)模具。擺臂機(jī)器人是沖壓界一次革命。

圖4　擺臂式生產(chǎn)方式

2　擺臂機(jī)器人介紹

擺臂機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)可說(shuō)成是帶水平旋轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)式或圓柱坐標(biāo)式，甚至極坐標(biāo)式都可以，一般四到五軸即可滿足生產(chǎn)。沖壓擺臂的精度并沒(méi)有像焊接那么高的要求，因?yàn)橛心＞邔?dǎo)向釘和內(nèi)外定位，定位精度一般在±0.2-±0.5㎜都可以滿足要求。

目前在行業(yè)中，擺臂機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式主要有電機(jī)、氣動(dòng)和液壓三種驅(qū)動(dòng)形式。電機(jī)占絕大多數(shù)，且以步進(jìn)電機(jī)（系統(tǒng)繁瑣、脈沖易丟步）和伺服電機(jī)+編碼器為主（普通增量型，絕對(duì)值伺服系統(tǒng)，不需找原點(diǎn)，自動(dòng)回原點(diǎn)）。在控制方式方面，配置由低級(jí)到高級(jí)分別為運(yùn)動(dòng)控制卡、可編程PLC控制器（大眾化、現(xiàn)有插補(bǔ)）及運(yùn)動(dòng)控制器（如安川、臺(tái)灣新代）。傳動(dòng)方式配置由低到高依次分別為同步帶加導(dǎo)軌、齒輪齒條、絲桿加導(dǎo)軌三種形式。減速機(jī)主要有諧波減速機(jī)（如日本HD哈默納克、綠的，輕載、精密度高）、RV減速機(jī)（如日本帝人、中國(guó)臺(tái)灣村田）、行星減速機(jī)（大眾化）及渦輪蝸桿減速機(jī)4種。

圖5　獨(dú)立式生產(chǎn)方式

首創(chuàng)的擺臂機(jī)器人在2013年申請(qǐng)了國(guó)際PCT專(zhuān)利，目前，捷瞬擺臂機(jī)器人將向著13~18次/分更加高效、穩(wěn)定的技術(shù)領(lǐng)域和視覺(jué)檢測(cè)、遠(yuǎn)程控制等智能安全保護(hù)領(lǐng)域的方向進(jìn)行發(fā)展。

捷瞬公司在沖壓自動(dòng)化領(lǐng)域擁有完整的行業(yè)產(chǎn)品線，即連續(xù)模、二/三次元、關(guān)節(jié)機(jī)器人、擺臂機(jī)器人、獨(dú)立式、連桿式機(jī)械手等，而且可以根據(jù)客戶現(xiàn)場(chǎng)，量身定做一些應(yīng)用。如：將導(dǎo)軌固定在沖床床身上，機(jī)械手從上往下抓取，節(jié)省空間，方便換模等，這些都是帶有前沿科技的創(chuàng)新。

捷瞬還在研發(fā)機(jī)械手和沖床合二為一的革新性產(chǎn)品，將自動(dòng)化與沖壓緊密結(jié)合，大大節(jié)省空間，有效降低成本，此款產(chǎn)品預(yù)計(jì)今年底上市。此外，獨(dú)立自主研發(fā)的獨(dú)立式機(jī)械手，可用于電視機(jī)背板1500mm×950mm×0.8mm最大15kg的自動(dòng)化生產(chǎn)，效率7次/分，配置三菱光纖、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、遠(yuǎn)程控制器，左右齒輪齒條配合上下絲桿導(dǎo)軌精密傳動(dòng)方式，大大彌補(bǔ)了擺臂機(jī)的不足，有效延伸了公司產(chǎn)品線。

?

3　人才培養(yǎng)

沖壓自動(dòng)化市場(chǎng)很大，從這兩年才剛剛開(kāi)始發(fā)展，在廣東省260萬(wàn)沖床市場(chǎng)中，自動(dòng)化普及率不到8%。沖壓比冷塑自動(dòng)化難度大，因工序多，機(jī)臺(tái)模具料架相連，要求協(xié)調(diào)生產(chǎn)。因此，操機(jī)人員要有一定的機(jī)臺(tái)維護(hù)自動(dòng)化知識(shí)。我們發(fā)現(xiàn)，出機(jī)到客戶端生產(chǎn)不順，與開(kāi)機(jī)人員水平有很大關(guān)系，因而這個(gè)行業(yè)對(duì)技術(shù)型人才需求量很大?；诖耍境闪⒘私菟矊W(xué)院，給客戶、社會(huì)培養(yǎng)自動(dòng)化實(shí)際操作人才。